Conexiuni din Aluminiu în IDEA StatiCa

Acest lucru poate fi realizat prin crearea unui nou material definit de utilizator bazat pe proprietățile materialului din aluminiu în zonele afectate termic (ZAT), aplicând modelul de material biliniar corect și utilizând verificările șuruburilor și sudurilor conform EN 1993-1-8.

Aluminiul este din ce în ce mai utilizat în ingineria structurală datorită greutății sale reduse, rezistenței la coroziune și durabilității pe termen lung. În același timp, aluminiul se comportă fundamental diferit față de oțel, în special în regiunile sudate. Proiectantul trebuie să țină cont de înmuierea ZAT, de ductilitatea redusă și de dependența puternică a rezistenței de aliaj și de starea de tratament termic.

IDEA StatiCa Connection poate susține proiectarea din aluminiu dacă comportamentul specific este reprezentat corect în model.

Material

Deși aluminiul are aceeași formă a diagramei de material, necesită date suplimentare din partea utilizatorului deoarece proprietățile sale mecanice sunt puternic influențate de:

• aliaj și starea de tratament termic,
• grosime,
• istoricul tratamentului termic,
• sudare și zona afectată termic (ZAT) rezultată.

Limita de curgere (f₀) și rezistența la tracțiune (fᵤ)

Limita de curgere (echivalentă cu limita de curgere din oțel) și rezistența la tracțiune variază pentru fiecare aliaj și stare de tratament termic. Aceste valori trebuie preluate din EN 1999‑1‑1 și introduse manual la definirea unui material de utilizator.

Zona afectată termic (ZAT)

Sudarea reduce semnificativ rezistența aluminiului, adesea cu 40–60% în zonele din jurul sudurilor numite zone afectate termic. IDEA StatiCa nu detectează automat regiunile ZAT, astfel că utilizatorul trebuie să le specifice explicit.

Există două opțiuni:

• Atribuirea unui material separat cu rezistențe ZAT reduse regiunilor sudate relevante, sau
• atribuirea proprietăților ZAT întregii conexiuni, ceea ce este conservativ, dar practic și reflectă faptul că majoritatea cedărilor apar în sau în apropierea ZAT.

Diagrama de material

Aluminiul prezintă o ductilitate semnificativ mai scăzută decât oțelul. Pentru proiectarea structurală în IDEA StatiCa, au fost formulate următoarele afirmații:

• Deoarece plasticitatea aliajului de aluminiu depinde în mare măsură de starea de tratament termic, intervalul de plasticitate ultimă variază semnificativ în funcție de procesele de formare. Nu putemfurniza o afirmație generală despre limita deformației plastice pentru toate aliajele. 
• Dacă utilizatorul dorește să utilizeze analiza plastică, limita deformației plastice pentru plăci este la discreția utilizatorului.
• Intervalul deformațiilor ultime de inginerie și de rupere este prezentat mai jos.

Pentru aliajele de aluminiu structurale tipice, deformația de inginerie ultimă (uniformă) se încadrează în general în intervalul 4–10%, în timp ce deformația totală de rupere (alungirea după rupere) se situează de obicei în intervalul 9–18%, în funcție de seria aliajului și de tratamentul termic.

Modulul de ecruisare E₁

Pentru aluminiu, modulul de ecruisare E₁ nu este constant și trebuie determinat din fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. Aceasta diferă față de oțel, dar IDEA StatiCa utilizează relația fixă E₁ = E / 1000 și nu poate fi modificată.

Ce înseamnă acest lucru în practică?

Limita deformației plastice trebuie modificată în Setările proiectului.

Pentru a crea un material din aluminiu, trebuie să accesați fila Materiale, să Copiați materialul existent și să Editați.

Apoi proprietățile materialului trebuie ajustate conform specificului aluminiului.Dacă conexiunea include sudare, valorile ZAT  f_0,haz și f_u,haz trebuie luate în considerare.

Materialele definite de utilizator pot fi salvate în biblioteca MPRL, unde sunt disponibile pentru utilizare în toate proiectele viitoare în IDEA StatiCa Connection.

Factori parțiali

Pentru verificarea ULS a materialelor, șuruburilor și sudurilor, aceștia sunt identici între coduri – compatibilitate garantată.

Șuruburi standard

Majoritatea verificărilor șuruburilor din EN 1999‑1‑1 utilizează aceleași ecuații și parametri ca EN 1993‑1‑8. Aceasta înseamnă că:

• Verificările existente ale șuruburilor din IDEA StatiCa sunt pe deplin aplicabile conexiunilor din aluminiu.
• Singura diferență este factorul de rezistență la tracțiune k₂ pentru șuruburile îngropate și șuruburile din aluminiu.
  Aceste tipuri nu sunt acceptate în IDEA StatiCa Connection, la fel ca și niturile.

Pentru șuruburile standard din oțel (alegerea tipică în structurile din aluminiu), toate verificările rămân valabile.

Vă rugăm să rețineți că EN 1999 impune în mod explicit protecția împotriva coroziunii galvanice atunci când aluminiul este în contact cu alte metale, cum ar fi oțelul.

Șuruburi pretensionate (de frecare)

Coeficientul de frecare pentru EN 1993-1-8 se bazează pe suprafețele/tratamentul de frecare. Coeficientul de frecare pentru EN 1999-1-1 se bazează pe grosimea suprafețelor de frecare. 

În IDEA StatiCa, coeficientul de frecare μ poate fi setat direct în Setările proiectului, astfel încât valorile pot fi aplicate fără limitări.

Suduri

Când este implicată sudarea, zona afectată termic (ZAT) suferă o reducere semnificativă a rezistenței din cauza degradării materialului. Aceste zone nu sunt recunoscute automat de aplicație, astfel că utilizatorii trebuie să le reprezinte explicit.

Acest lucru poate fi realizat prin:

• definirea unui material ZAT separat și atribuirea acestuia părții afectate a plăcii.
• aplicarea conservativă a proprietăților ZAT întregii conexiuni, ceea ce evită modificările complexe de geometrie

Condiția de plasticitate Von-Mises este utilizată ca criteriu de cedare în IDEA StatiCa. Aceasta se aliniază cu ipoteza din EN 1993-1-8. Sudurile trebuie să aibă un material atribuit care corespunde rezistenței ZAT.

Concluzie 

✅ Factorii parțiali pentru materiale, șuruburi și suduri sunt consistenți între EN 1999‑1‑1 și EN 1993‑1‑8.

⚠️ Materialele din aluminiu nu sunt integrate și trebuie definite de utilizator, inclusiv rezistențele ZAT corecte.

⚠️  Limita deformației plastice trebuie luată în mod conservativ. Deformația plastică pentru analiză depinde în mare măsură de starea de tratament termic și de procesul de formare.

❌ Modulul de ecruisare E₁ depinde de fᵤ, f₀, ε_el, ε_max pentru aluminiu. IDEA StatiCa utilizează relația fixă care nu poate fi modificată. Ecruisarea redusă în IDEA StatiCa este conservativă.

✅ Verificările de cod pentru șuruburile standard și pretensionate din oțel sunt compatibile cu configurația actuală din IDEA StatiCa.

✅ Verificările sudurilor sunt compatibile.

⚠️ Zonele ZAT trebuie definite explicit sau întreaga conexiune poate utiliza în mod conservativ proprietățile ZAT.

⚠️ Soluția pentru conexiunile din aluminiu nu a fost verificată. 

Notă: O explicație mai detaliată a acestui subiect este furnizată în documentul PDF.